ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И УГЛА СДВИГА ФАЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРИБОРАМИ. 8 страница

Для ненагруженного усилительного каскада с общим коллектором можно составить следующие уравнения:

по первому закону Кирхгофа для узла Э

,       (3.17)

по второму закону Кирхгофа для контура, проходящего через входную и выходную цепи,

(3.18)

Выражая ток  из уравнения (3.18)

(3.19)

и подставляя это соотношение в (3.17), получим связь между выходными входным напряжением усилительного каскада с общим коллектором

(3 20)

Из полученного выражения видно, что выходное напряжение всег­да меньше входного, т.е. коэффициент усиления по напряжению уси­лительного каскада с общим коллектором

(3.21)

меньше единицы, поэтому его правильнее называть коэффициентом передачи напряжения. Учитывая, что  , а  Ом и, следовательно,  формулу для коэффициента передачи напряжения приближенно можно записать в виде

(3.21а)

Поскольку значения  и  имеют одинаковый порядок, а , коэффициент  мало отличается от единицы. Действитель­но, в усилительных каскадах с общим коллектором . Из схемы этого каскада видно, что выходное напряжение практически совпадает по фазе с входным. Поскольку выходное напряжение уси­лительных каскадов с общим коллектором мало отличается от вход­ного численно и по фазе, их часто называют эмиттерными повторите­лями. Выражение для входного сопротивления эмиттерного повтори­теля можно получить, используя формулу (3.19)

(3.22)

Так как значение  близко к единице, входное сопротивление эмиттерного повторителя много больше входного сопротивления транзистора и достигает нескольких десятков и сотен килоом.

При таких значениях входного сопротивления приходится учиты­вать сопротивления  и базовой цепи, которые на схеме замеще­ния (рис. 3.14) представлены эквивалентным сопротивлением  ко­торое в усилителях ОЭ не учитывается.

Таким образом, результирующее входное сопротивление эмиттер'

ного повторителя

Можно показать, что выходное сопротивление эмиттерного пов­торителя (вывод не. приводится ввиду его громоздкости) равнои имеет значение порядка нескольких единиц или десятков Ом.

Таким образом, эмиттерный повторитель обладает большим вход­ным и малым выходным сопротивлениями. Следовательно, его коэф­фициент усиления по току может быть очень высоким. Эмиттерный повторитель обычно применяют для согласования высокоомного ис­точника усиливаемого напряжения с низкоомным нагрузочным ус­тройством. В усилительных каскадах с общим коллектором темпера­турная стабилизация обеспечивается основным резистором , вклю­ченным в эмиттерную цепь.

В заключение отметим, что усилительные каскады с общей базой в промышленной электронике практически не применяются.

Задача 3.7. Определить коэффициенты усиления по напряжению и по току  входное  и выходное  сопротивления усили­тельного каскада с общим коллектором (рис. 3.13) на транзисторе ГТ322А, у которого =330 Ом, 6,25 -10^-5 См, если сопротивление резистора кОм.

Решение. Используя формулы для коэффициентов усиления по напряжению и по току, входного и выходного сопротивлений усили­тельного каскада с общим коллектором, получим:

.

Задача 3.8. Найти значения , ,  и  эмиттерного повто­рителя на транзисторе КТ3107А, у которого  = 1300 Ом, 100, 10^-4 См, если сопротивление резистора  =2 кОм.

Ответ: ;  =80,6;  = 162,5 кОм;  = 13 Ом.

3.5.УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

В настоящее время широкое распространение получили усилитель­ные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают сущес­твенно большим входным сопротивлением по сравнению с усилитель- ными каскадами на биполярных транзисторах. Наиболее часто ис­пользуют усилительный каскад с общим истоком, схема которого при­ведена на рис, 3.15. В этом каскаде резистор  с помощью которого осуществляетсяусиление, включен в цепь стока. В цепь истока полево­го транзистора VT включен резистор , создающий необходимое падение напряжения в режиме покоя  являющееся напряжением смещения между затвором и истоком.

Резистор  в цепи затвора обеспечивает в режиме покоя равенст­во потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Сле­довательно, потенциал затвора ниже потенциала истока на падение напряжения на резисторе  от постоянной составляющей тока . Таким образом, потенциал затвора является отрицательным относи­тельно потенциала истока.

Входное напряжение подается на резистор  через разделительный конденсатор С. При подаче переменного входного напряжения в канале полевого транзистора появляются переменные составляющие тока исто­ка  и тока стока , причем . За счет падения напряжения на резисторе от переменной составляющей тока  переменная составляю­щая напряжения между затвором и истоком, усиливаемая полевым тран­зистором, может быть значительно меньше входного напряжения:

(3.24)

Это явление, называемое отрицательной обратной связью, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилительного каскада. Для его ус­транения параллельно резистору  включают конденсатор  сопротив­ление которого на самой низкой частоте усиливаемого напряжения долж­но быть во много раз (обычно в 10 раз) меньше сопротивления резистора

Рис 3.15. Схема усилительного кас­када с общим истоком

При этом условии падение напряжения от тока истока на цепоч­ке называемой звеном автоматического смещения, очень не­большое, так что по переменной составляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада. Поэто­му этот каскад называют усилительным каскадом с общим истоком.

Выходное напряжение снимается через конденсатор связи С_с между стоком и общей точкой каскада, т.е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком. Рабочая точка в режиме покоя обычно соответствует середине линейного участка пе­реходной характеристики, так как при этом нелинейные искажения усиливаемого напряжения минимальны. Выбрав положение рабочей точки и определив для нее значения напряжения смещения  и тока стока , находят сопротивление резистора звена автоматического смещения:

'        (3.25)

Емкость конденсатора звена автоматического смещения рассчиты­вают обычно по формуле

 ,(3.26)

Где  — наинизшая частота усиливаемого напряжения.

При подаче на вход усилительного каскада переменного напряже­ния появляется переменная составляющая тока стока . Изменение этого тока приводит к изменению напряжения  между стоком и исто­ком; его переменная составляющая , численно равная и противопо­ложная по фазе падению напряжения на резисторе , является вы­ходным напряжением усилительного каскада:

(3.27)

Видно, что выходное напряжение противофазно входному, при­чем оно значительно больше входного напряжения, так как напряже­ние в цепи стока значительно больше, чем в цепи затвора.

Коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с общим истоком

                     (3.28)

где  — крутизна, a — внутреннее (выходное) сопротивление полевого транзистора.

Входное сопротивление полевых транзисторов, т.е. сопротивление между затвором и истоком, имеет значение порядка 10⁸ Ом. Поэтомувходное сопротивление рассматриваемого усилительного каскада оп­ределяется сопротивлением резистора который подключен парал­лельно входным зажимам полевого транзистора:

 Ом.

Выходное сопротивление г шременных полевых транзисторов, т.е. сопротивление между стоком и истоком, имеет значение порядка 10⁴ - 10⁵ Ом, поэтому выходное сопротивление усилительного каска­да на полевом транзисторе определяется сопротивлением резистора : ,т.е. , что является важным преимуществом усилительных каскадов на полевых транзисторах.

Помимо усилительных каскадов с общим истоком в устройствах про­мышленной электроники применяют усилительные каскады с общим сто­ком (рис. 3.16). В этом каскаде нагрузочный резистор  включен в цепь истока, а сток по переменным составляющим тока и напряжения соединен с общей точкой усилителя. Выходное напряжение, равное переменной составляющей падения напряжения на резисторе  , сни­мается через конденсатор связи С_с. Усилительный каскад на полевом транзисторе с общим стоком аналогичен по своим свойствам эмит- терному повторителю. Он обладает большими входным сопротивле­нием и коэффициентом усиления по току, малым выходным сопро­тивлением. Его часто называют истоковым повторителем.

Рис 3 16. Схема усилительного кас­када с общим стоком

Рис 3.17 Выходные характеристики полевого транзистора КПЗОЗГ

Задача 3.9. Определить параметры элементов звена автоматичес­кого смещения усилительного каскада с обшим истоком на полевом транзисторе КП3О3Г, выходные характеристики  ( ) которого приведены на рис. 3.17, если известно, что кОм,  В, а напряжение смещения затвора В. Частота усиливаемого на­пряжения f=50Гц.

Решение. Проводим линию нагрузки на выходных характерис­тиках транзистора КПЗОЗГ по двум точкам: на оси абсцис  В и на оси ординат мА. Находим значение  мА для  В. Отсюда Ом, Емкость конденса­тора  мкФ.

Задача 3.10. Рассчитать коэффициент усиления  усилительного каскада с общим истоком на полевом транзисторе КП303Г при кОм, если крутизна характеристики  мА/В.

Ответ .